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(陕西群力电工有限责任公司,陕西宝鸡,721300)
我国军用混合和固体延时继电器在上世纪70年代开始研制和生产,当时主要生产的产品是非密封的,产品没有通用的标准,主要是依据产品技术条件进行研制和生产。进入80年代后,根据国防工业发展和需求及国内军用混合和固体延时密封继电器的生产技术水平,由当时的第四工业机械部组织国内主要延时继电器生产企业(国营第七九二厂、国营第八九一厂、原上海无线电八厂等)和第四工业机械部标准化研究所等单位,在参考美欧和日本等国家标准的基础上,结合国内延时继电器的生产技术水平,制订和发布了国内最早的部级(行业)标准SJ2456-1984《电子时间继电器 总技术条件》,标准由中华人民共和国电子工业部于1984年1月27日发布,1984年10月1日实施。标准适用于触点最大负载达10A,切换功率为直流300W或交流1200VA的混合式和固体时间继电器。
而上世纪80年代未至90年代初期随着国防工业的现代化对高可靠军用混合和固体延时继电器要求的日益提高,由当时国防科学技术工业委员会组织国内延时继电器方面的设计、生产、检测专家成立了国家军用标准项目起草工作组,制订了第一个军用混合和固体延时继电器的国家军用标准GJB1513-1992《混合和固体延时继电器总规范》(等同采用美军标MIL-PRF-83726B[1986]),标准由国防科学技术工业委员会于1992年10月28日发布,1993年6月1日实施,该标准的第一次修订版GJB1513A-2009《混合和固体延时继电器通用规范》(等同采用美军标MIL-PRF-83726C[2002]),标准由中国人民解放军总装备部于2009年5月25日发布,2009年8月1日实施。
2.1GJB1513A-2009《混合和固体延时继电器通用规范》标准共有6章和附录A。第1章中规定了适用范围,即混合和固体延时继电器是由混合集成电路、固体电子器件和一个电磁继电器或固体输出电路组合而成。其适用于航天、航空和相关地面支持电气和电子系统及设备。
2.2第2章包含标准的引用文件主要是国家标准5项、国家军用标准13项、行业标准1项,其中以国家军用标准为主要引用文件。
2.3第3章是标准的核心技术要求,其内容包含总则、 材料、金属、电磁线、、接口和结构、筛选、可焊性、密封、介质耐电压、绝缘电阻、静态接触点阻和触点电压降及输出电压降、输出漏电流(适用于C类继电器)、输入电流、波形失真(适用于C类交流继电器)、直流失调电压(适用于C类交流继电器)、电流范围(适用于C类交流继电器)、零点交越(适用于C类交流继电器)、偏流(适用于C类继电器)、最大关断电压(适用于C类继电器)、瞬变、定时循环、在循环时间、反极性(适用于直流工作继电器)、电磁干扰、串音、电容、连续电流、线圈寿命(适用于D类和E类继电器)机械寿命(适用于E类继电器)、耐焊接热、盐雾(腐蚀)、温度冲击、低温工作、冲击(规定脉冲)、高频振动、稳态加速度、耐溶剂、安装螺栓和引出端强度、耐湿(适用于非气密式密封继电器)、过负载(适用于C类、D类、E类继电器)、寿命、中等电流(适用于D类和E类继电器)、极限通断能力(适用于E类继电器)、限时电流继电特性(适用于E类继电器)、低电平(适用于D类和E类继电器)、扫频振动、标志、玻璃绝缘子、循环利用和合适或环保优质材料、加工质量。
在这些核心技术要求中规定了详细的技术指标,如延时继电器的内外部材料能发霉、自熄、不助燃、不释放有害气体,内外部金属零件禁止使用汞和汞化合物、禁止使用镁和镁化合物(触点除外),金属零件电镀和其它加工处理后应达到耐腐蚀要求,但不得镀锌、镉、锡(只有铅的含量至少为3%时才可使用锡-铅镀层),所有有源器件应气密封或封装在一气密封外壳内,质量等级为一个级并应在-55℃、25℃、125当触点负载电流不大于5A(阻性)时,触点试验负载为低电平下筛选,密封性规定为漏率不应大于1×10-3Pa·cm3/s,触点或输出压降不大于0.1V,绝缘电阻不小于1000MΩ,介质耐电压为1000Vr.m.s.且漏电流不应超过1mA,冲击和振动(10Hz~3000Hz、196m/s2)试验中对触点的监测水平不大于10μs,产品过负载试验中规定产品试验中闭合触点间的电压降不应大于所加负载电压的5%,断开触点间的电压不应小于所加负载电压的95%;产品寿命试验中规定产品试验中触点失效的监测水平,对于低电平试验接触电阻不应大于100Ω,对于高电平试验不应大于所加负载电压的5%,断开触点间的电压应不小于所加负载电压的95%,试验后的静态接触电阻值不得超过规定初始值的两倍;产品中等电流试验中规定产品试验中触点失效的监测水平,闭合触点的接触电阻不应大于3Ω,断开触点间的电压应不小于所加负载电压的95%,而对于环保在满足产品性能和寿命要求时,应尽量使用循环利用和回收及环保优质材料等等。
2.4第四章也是标准的核心内容,规定了质量保证要求,包括检验分类和条件、校准计量系统、鉴定检验、鉴定合格资格的保持、质量一致性检验、检验方法等。
2.4.1 鉴定检验可在符合生产实际的环境条件下进行,鉴定检验表共分5组。第1组检验项目是“筛选、目检和机械检查(内部,1只未封罩的样品,只经受内部检验。外部,只对2只样品进行尺寸和重量检查)、可焊性(3只样品)、介质耐电压、绝缘电阻、静态接触电阻和触点电压降及输出电压降、输出漏电流(只适用于C类延时继电器)、输入电流、波形失真(只适用于C类交流延时继电器)、直流失调电压(只适用于C类交流延时继电器)、电流范围(只适用于C类交流延时继电器)、零点交越(只适用于C类交流延时继电器)、偏流(只适用于C类延时继电器)、最大关断电压(只适用于C类延时继电器)、瞬变、定时循环、再定时循环、反极性(只适用于直流工作延时继电器)、密封”,受检的样品数为所有样品,允许的失效数为0只,这一组的检验相当于延时继电器的正常交收检验。第2组检验项目是“电磁干扰、串音(当规定时)、电容(当规定时)、连续电流、线圈寿命(只适用于D类和E类延时继电器)、机械寿命(只适用于E类延时继电器)、耐焊接热(不适用于插座插入式和螺纹式引出端)、盐雾、密封”, 受检的样品数为4只,允许的失效数为1只,这一组的检验是考核延时继电器的电性能、机械性能及部分环境适应能力。第3组检验项目是“温度冲击、低温工作、冲击(规定脉冲)、高频振动、稳态加速度(不只适用于C类延时继电器)、耐溶剂、安装螺栓和引出端强度、耐湿(只适用于非气密式密封延时继电器)、密封”,受检的样品数为4只,允许的失效数为1只,这一组的检验是考核延时继电器的环境适应能力。第4组检验项目是“过负载(只适用于C类、D类、E类延时继电器)、寿命、密封”, 受检的样品数为4只,允许的失效数为1只,这一组的检验是考核延时继电器的过载和电寿命能力,其中“过负载”试验项目,只适用于C类-固体延时继电器和D类-混合延时继电器(未进行GJB65B-1999规定认证)及E类-混合延时继电器(未进行GJB2888-1997规定认证)。第5组检验项目是“中等电流(只适用于D类和E类延时继电器)、极限通断能力(只适用于E类延时继电器)、限时电流继电特性(25℃下,适用于E类延时继电器,当适用时)、低电平(只适用于D类和E类延时继电器,当规定时)、密封(只适用于D类和E类延时继电器)”, 受检的样品数为4只,允许的失效数为1只,这一组的检验是考核延时继电器的特定性能,主要针对延时继电器中使用的电磁继电器且这些电磁继电器没有通过相关国家军用标准的合格认证。另外鉴定检验表中有3条脚注,其中第2条是针对“寿命”试验,规定C类、D类、E类延时继电器每种额定负载只需要1只样品,但是该组的样品数至少为4只。第3条规定鉴定检验表中的第5组的全部项目只适用于电磁继电器。
2.4.2 质量一致性检验中A组检验即逐批检验或产品交货检验,A组检验分为A1、A2、A3、A4分组, A1分组项目为“筛选”,A2分组项目包含“介质耐电压、绝缘电阻、静态接触电阻和触点电压降及输出电压降、输出漏电流(只适用于C类延时继电器)、输入电流、波形失真(只适用于C类交流延时继电器)、直流失调电压(只适用于C类交流延时继电器)、电流范围(只适用于C类交流延时继电器)、零点交越(只适用于C类交流延时继电器)、偏流(只适用于C类延时继电器)、最大关断电压(只适用于C类延时继电器)、反极性(只适用于直流工作延时继电器)、定时循环、再定时循环”,A3分组项目为“可焊性”,A4分组项目包含“目检和机械检查、密封”。A1、A2、A4分组为100%检验,剔除所有不合格品,但A2分组的剔除不能超过5%。A3分组的可焊性应从每个检验批或A2分组电气失效的或由于其它性能判拒而被拒收的继电器中随即抽取2只样品试验,如出现不合格,则认为该批不合格,但可焊性拒收批标准中还规定了相关的返工方案。
2.4.3 B组检验和C组检验组成周期检验,
2.4.3.1 B组检验项目包含“输入电流、反极性(只适用于直流工作延时继电器)、瞬变、温度冲击、扫频振动、寿命(阻性负载、感性负载、灯负载、直流或交流电动机)、密封”,样品应在经过A组检验并合格的检验批中抽取,应从每500只产品或每6个月周期内(以先出现者为准)抽样数为2只,不允许失效。如果在6个月周期内未生产产品,则在下一个6个月周期内应有4只延时继电器进行试验,如果仍然未生产产品,则在18个月期间内应有6只延时继电器进行试验,依此类推。“寿命”的样品应按照承制方确定和经鉴定机构批准的预定顺序进行试验,详细规范中规定的所有负载均应试验,所有负载在一个维持周期(12个月)内不必全部试验,但在24个月维持周期内应全部进行试验。另外115/200V的三相交流试验适用时,不要求进行115V单相交流负载试验。
2.4.3.2 C组检验由C1分组、C2分组、C3分组组成,试验周期为24个月且不允许失效,C1分组试验项目是“连续电流、耐湿(只适用于非气密式密封延时继电器)”, 受检的样品数为2只,C2分组试验项目是“过负载(只适用于C、D、E类延时继电器)、寿命(直流阻性1只和交流阻性1只)、密封”, 受检的样品数为2只,C3分组试验项目是“耐焊接热、盐雾、温度冲击、冲击、高频振动、稳态加速度、安装螺栓和引出端强度、密封”, 受检的样品数为2只。
2.4.4 A组检验和B组检验及C组检验构成鉴定合格资格的保持的完整过程,使产品的质量得到了保证和控制。
对于样品未通过B组检验及C组检验,承制方应立即停止产品交货和A组检验,在5个工作日内将失效情况报告鉴定机构和监督检查机构;查明失效原因,在材料、工艺或其它方面提出纠正措施,经鉴定机构批准后,对能够进行纠正的所有产品采用纠正措施;如果B组检验中只发生1次单独孤立的失效,且出现问题的继电器已在相应负载下试验完成了规定的最少循环次数的50%,则承制方可自行确定抽取3只增加的继电器进行相同的B组检验,如果3只增加的继电器C组检验合格,则可作为1次随机、孤立失效的证据交给鉴定机构,而无需再采取纠正措施;完成纠正措施后,重新抽取样品进行B组检验或C组检验,是对全部项目检验或仅对原样品失效项目检验由鉴定机构确定;重新抽取样品进行B组检验或C组检验合格后,产品交货和A组检验可重新开始;如果重新抽取样品进行C组检验或D组检验仍不合格,承制方应将有关失效情况报告鉴定机构和审查机构。
2.5检验方法
标准中规定的通用试验方法与其它电磁继电器国家军用标准基本相同,主要是引用GJB360A-1996《电子及电气元件试验方法》、GJB548A-1996《微电子器件试验方法和程序》和GJB2438A-2002《混合集成电路通用规范》、GJB151-1986《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》和GJB152-1986《军用设备和分系统电磁发射和敏感度测量》。同时还规定了符合混合和固体延时继电器自身特性的试验要求的详细规则。
2.6第五章规定了防护包装、装箱、运输、存储及标志等应符合合同或订单的要求。
2.7第六章说明事项规定了预定用途、订货文件中应明确的内容、储存寿命、金属间的接触、安装损耗、军用零件号、电磁线、术语和定义等。附录A中规定了继电器引出端的焊料浸渍和再浸渍的详细要求。
3.1在使用标准时,应首先详细分析标准的适用范围,只有混合延时继电器和固体延时继电器适用于该标准,其中混合延时继电器是由混合集成电路、固体电子器件(含分立元器件)与电磁继电器(TO-5型电磁继电器、晶体罩电磁继电器、平衡力式电磁继电器、接触器、断路器等)组合,固体延时继电器由混合集成电路、固体电子器件(含分立元器件)与固体输出电路组合,标准中规定了混合集成电路、固体电子器件(含分立元器件)、固体输出电路的要求,同时又规定了电磁继电器的相关要求,所以使用标准时,应对混合集成电路、半导体、电磁继电器相关基础知识进行学习。
3.2GJB1513A-2009标准只规定了一个质量等级,我们认为这种规定不符合我国国情,应该将质量等级分为一级只二级或一级只三级,这样可以适用于各种应用环境和各种应用系统。
3.3对继电器内部的电子元器件的评价规定了,可按GJB2438A-2002的附录C中相应规定进行评价,我们认为该评价方法可以采用,但是还应规定一些符合“混合和固体延时继电器”自身特点的评价方法。
3.4对于混合延时继电器的延时电路标准中规定,可以封装在单独的气密封腔体中,然后再和电磁继电器一起封装在一个气密封腔体内。也可以将延时电路与电磁继电器或电磁继电器机构封装在同一个气密封腔体中。这样给混合延时继电器提供了更多的设计方案。
3.5标准3.5.1条规定“……;对于延时电路在电磁继电器内部的混合继电器,电磁继电器在设计与结构上应相似,并应采用基本相同的材料和工艺进行制造,同一个型号的规格系列应按相应的通用规范经鉴定合格。在连接延时电路之前,电磁继电器应在室温下的氮气环境中进行3000次机械运行(不监测)如无其他规定,循环速率应为(600±100)次每分钟。”这里的规定主要对电磁继电器进行老炼,如果电磁继电器的生产区域与混合延时继电器的生产区域为同一个洁净区域,这个规定完全正确。但是目前国内的生产单位的电磁继电器生产区域与混合延时继电器的生产区域不在同一处,在“氮气环境中”老炼后,在“连接延时电路”时,可能会对电磁继电器触点造成二次污染,所以这个问题各生产单位应根据实际情况进行规定。
3.6标准3.36条规定“稳态加速度(适用于A类、B类、D类和E类继电器)”,我们认为“稳态加速度”也应该适用于“C类固体延时继电器”。国内航天、航空的用户都要求对产品进行“稳态加速度”试验。
3.7标准4.7.2.5条“老炼”规定“继电器应按GJB548A-1996中方法1015A规定进行试验,并采用下系列细则和特殊规定:a)试验时间:至少160h;b)试验条件:B(适用于C类继电器);其他类继电器触点试验负载(直流最大值或交流峰值);当触点负载电流不大于4A(阻性)时,触点试验负载为低电平;当触点负载电流大于5A(阻性)时,负载一般为10mA,6V;c)试验温度:环境温度最低125℃或规定的最高工作温度;d)试验安装:正常安装方法;e)老炼前后的测量及漂移允许范围按4.7.2.4规定;f)GJB548A-1996中方法1015A的4f条不适用;g)完成测量的时间:按规定。”这条老炼试验方法规定的内容比较细,对于C类固体延时继电器完全适用(所有型式),但是对于混合延时继电器(除4型),特别是延时电路单独密封后与电磁继电器机构连接后再进行密封的混合延时继电器或延时电路直接与电磁继电器机构连接后再密封的混合延时继电器,这种方法只对延时电路进行了规定的老炼,但对于电磁继电器没有进行充分的老炼,电磁继电器的老炼应是在规定的最高和最低工作温度下,在一定的动作速率下进行规定的次数(2500次~3000次)的循环,所以我们认为对于“老炼”应按照标准规定“环境温度最低125℃或规定的最高工作温度”和“至少160h”及其它要求,先以产品的定时循环时间和再循环时间之和为循环周期,让产品循环动作2500次~3000次(以详细规范规定为准),对于定时循环时间和再循环时间之和较短的产品,循环结束后,按照标准规定将剩余时间的老炼完成,对于定时循环时间和再循环时间之和很长的的产品,在160h内按照实际循环次数进行老炼,这样的“老炼”方法即考核混合延时继电器的延时电路,同时又考核了电磁继电器机构。对于这个问题原GJB1513-1992《混合和固体延时继电器总规范》标准规定的“4.7.2筛选”中的“4.7.2.3负载条件试验”规定的内容比较科学、正确、合理。
3.8关于延时继电器鉴定检验表中2组、3组、4组、5组抽样,对于单一延时时间的产品,按照标准规定进行抽样执行。但是对于多个延时时间的产品(如延时时间为0.1s、0.5s、1s、5s、10s、50s、100s)或延时时间为某一个范围的产品(如延时时间为0.1s~1000s),只抽取任意一种延时时间产品进行鉴定试验,是不全面且不能代表产品的真实质量水平,我们认为这几组中的4只样品抽样方法,是一只为最小延时时间产品,一只为最大延时时间产品,一只为中间延时时间产品,最后一只可以是上述三种延时时间的任意一种,由产品详细规范确定。这种抽样方案全面、合理、科学的验证产品结构设计,完全能代表产品的真实质量水平。
3.9对于B组检验,第一次抽取的2只产品中,一只为最小延时时间产品,一只为最大延时时间产品,如果是4只,应按上述鉴定检验的方法执行,如果是6只,二只为最小延时时间产品,二只为最大延时时间产品,二只为中间延时时间产品。
3.10对于C组检验,C1分组和C2分组及C3分组中的2只产品,抽取一只为最小延时时间产品,另一只为最大延时时间产品。
GJB1513A-2009《混合和固体延时继电器通用规范》是目前国内贯彻和实施的军用混合和固体延时继电器标准中技术水平很好、应用范围很广、使用和操作合理的国家军用标准,国内已有几条按照该标准的建立的贯国军标生产线(QML),目前生产线运行良好。所以该标准将在今后一段时间里作为我国军用混合和固体延时继电器的主导标准。